一种氩-氧等离子体制备纳米氧化铝粉体的装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种氩-氧等离子体制备纳米氧化铝粉体的装置及其方法，目的在于针对纳米氧化铝粉体具有高强度、高硬度、抗磨损等优异的特性，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值，提供一种制备纳米氧化铝粉体的装置及其方法。本发明专利技术的装置包括反应体、与反应体内部相连的真空机组、设在反应体上的石英管、位于石英管外侧的高频等离子体发生器、保护气体供应装置、工作气体供应装置、加料装置、旋风收尘器、与旋风收尘器相连的收集室、与旋风收尘器相连的固气分离除尘室、尾气处理与排放系统。本发明专利技术所制备的纳米氧化铝粉末具有粒径不大于50nm、α-Al2O3含量较高等特点，显著由于现有技术。其可广泛应用各个领域，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功能材料制备与加工领域，尤其是超细粉体制备领域，具体为一种氩-氧等离子体制备纳米氧化铝粉体的装置及其方法。
技术介绍
材料科学与技术是当代文明的三大支柱之一，也是全球新技术革命的三个标志之一，其在当今科技的高速发展中，起着基础和先导作用。因此，对于新材料的研究是社会发展的需要，也是科技发展的保证。 随着高科技的发展，社会对新材料也越来越重视，国内外工作者对新材料的开发与应用都给予了极大的关注，尤其是各种具有特殊功能的材料成为人们研究的重点。其中，各种物质的超细化被人们认为是材料开发研究的基础。与物质超细化所对应的是超细粉体，所谓超细粉体通常是指：尺度介于分子，原子和宏观物体之间，粒度在(1-100)nm范围内的微粉。 而纳米氧化铝粉体作为超细粉体中的一种，其是二十一世纪新材料中，产量最大、产值最高、用途最广的尖端材料之一。纳米氧化铝粉体具有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子遂道效应，显示出了常规材料所不具有的光、电、磁、热和机械特性。因此，纳米氧化铝粉体作为一种新型功能材料，被广泛应用于光学、化工及特种陶瓷等多个领域。 纳米氧化铝粉体是高压钠灯管、荧光粉和催化剂载体的必备原料，利用其较小的一次粒子特性，可降低陶瓷体烧结温度。在某些场合，纳米氧化铝粉体还可制成高级坩埚，用以代替价格昂贵的铂金坩埚。作为特种功能材料之一的纳米氧化铝粉体，其占全部超细粉体的三分之一左右，特别是α-Al2O3粉体由于具有高强度、高硬度、抗磨损、耐磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、绝缘性好、表面积大等优异的特性，所以纳米氧化铝在催化、阻燃、隔音、绝缘、精细陶瓷等方面具有特殊的用途，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。 基于此，本专利技术的目的在于提供一种新的氩-氧等离子体制备纳米氧化铝粉体的装置及其方法。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对纳米氧化铝粉体具有高强度、高硬度、抗磨损等优异的特性，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值，提供一种氩-氧等离子体制备纳米氧化铝粉体的装置及其方法。本专利技术涉及纳米氧化铝的制备，属于先进陶瓷材料的制备与加工的
本专利技术所制备的纳米氧化铝粉末具有粒径不大于50nm、α-Al2O3含量较高等特点，显著优于现有技术。其可广泛应用各个领域，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。 为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案： 一种氩-氧等离子体制备纳米氧化铝粉体的装置，包括反应体、与反应体内部相连的真空机组、设在反应体上的石英管、位于石英管外侧的高频等离子体发生器、保护气体供应装置、工作气体供应装置、加料装置、旋风收尘器、与旋风收尘器相连的收集室、与旋风收尘器相连的固气分离除尘室、尾气处理与排放系统，所述反应体包括用于进行等离子体反应的反应室、激冷室，所述反应室与激冷室固定连接，所述石英管与反应室连通，所述保护气体供应装置与石英管的内壁连通，所述工作气体供应装置的接口端位于保护气体供应装置的接口端内侧，所述加料装置的接口端与工作气体供应装置的接口端连通，所述旋风收尘器与激冷室相连，所述收集室位于旋风收尘器的底端，所述固气分离除尘室位于旋风收尘器的顶端，所述固气分离除尘室与尾气处理与排放系统相连。 所述保护气体供应装置内的保护气体为氧气，所述工作气体供应装置内的气体为氩氧混合气体。 所述加料装置为感应加热装置。 所述加料装置为可调温电阻感应加热装置。 所述固气分离除尘室包括壳体、若干个设置在壳体内的聚丙烯滤芯，所述聚丙烯滤芯由聚丙烯超细纤维热熔缠结制成。 所述激冷室采用水冷双层冷拔无缝管制成。 所述激冷室采用水冷双层Ti-0.8Ni-0.3Mo合金的冷拔无缝管制成。 所述旋风收尘器采用Ti-0.8Ni-0.3Mo合金制成。 还包括设置在固气分离除尘室顶端的反吹装置，所述反吹装置采用的反吹气为氩气。 所述反吹装置为气体反吹低压气泡。 还包括与反吹装置相连的反吹控制系统。 采用前述装置制备纳米氧化铝粉体的方法，包括如下步骤： （1）将AlCl3装入加料装置中，同时开启保护气体供应装置、工作气体供应装置，向石英管内通入保护气体、工作气体，其中保护气体位于工作气体与石英管内壁之间； （2）再将高频等离子体发生器电源中的真空电子管加热20min-200min后，开启真空机组，使反应室内的真空度为103Pa~8*104Pa，启动高频等离子体发生器，使反应室内靠近石英管的一端形成稳定的氩-氧等离子体炬，并开启加料装置，使加料装置内的AlCl3迅速升华成气态AlCl3，气态AlCl3通入氩-氧等离子体炬内，进行置换反应，得反应产物； （3）反应产物落入激冷室，并快速冷却，然后进入旋风收尘器内进行一次分离，一次分离得到氧化铝颗粒和气态混合物，氧化铝颗粒在收集室内沉积，气态混合物进入固气分离除尘室进行二次分离过滤，二次分离得到的氧化铝颗粒也进入收集室内，尾气则进入尾气处理与排放系统内进行处理，收集室内得到的氧化铝颗粒即为产品； 所述步骤2中，置换反应的方程式如下：4AlCl3(气态)+3O2(等离子体态)=2Al2O3(固态)+6Cl2(气态)。 反应产物落入激冷室，并快速冷却，然后进入旋风收尘器内进行一次分离，一次分离得到氧化铝颗粒和气态混合物，氧化铝颗粒在收集室内沉积，气态混合物进入固气分离除尘室进行二次分离过滤，同时反吹装置通入氩气对固气分离除尘室内进行反吹，二次分离得到的氧化铝颗粒也进入收集室内，尾气则进入尾气处理与排放系统内进行处理，收集室内得到的氧化铝颗粒即为产品。 针对前述问题，本专利技术采用氩-氧等离子体反应制备纳米Al2O3，并成功开发出制备纳米Al2O3的设备，同时提供其制备方法。本专利技术作为制备纳米氧化铝粉末的重要环节，所制备出的纳米Al2O3的粒度约为50nm左右，且具有α-Al2O3含量高等特点，具有产业化生产能力，能够满足工业化批量生产纳米氧化铝粉体的需要，对于氧化铝的深层开发利用具有重要意义。 本专利技术中的加料装置用于使粉末或颗粒状的AlCl3在178℃升华成气态的AlCl3，从而实现置换反应。加料装置可采用可调控温度的电阻感应加热。本专利技术中的反应室，用于实现4AlCl3(气态)+3O2(等离子体态)=2Al2O3(固态)+6Cl2(气态)置换反应。采用本专利技术的装置时，反应中氧主要以等离子体态参与置换反应，能够大大提高反应进程，提高纳米氧化铝的转换率。本专利技术中，工作气体供应装置内的气体为氩氧混合气体，其在氩-氧等离子体炬中，不仅可以作为AlCl3→Al2O3置换反应的热源，而且提供不同价态的氧离子，在较短的时间内充分参与置换反应，进一步提高转换率。同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氩‑氧等离子体制备纳米氧化铝粉体的装置，其特征在于，包括反应体、与反应体内部相连的真空机组、设在反应体上的石英管、位于石英管外侧的高频等离子体发生器、保护气体供应装置、工作气体供应装置、加料装置、旋风收尘器、与旋风收尘器相连的收集室、与旋风收尘器相连的固气分离除尘室、尾气处理与排放系统，所述反应体包括用于进行等离子体反应的反应室、激冷室，所述反应室与激冷室固定连接，所述石英管与反应室连通，所述保护气体供应装置与石英管的内壁连通，所述工作气体供应装置的接口端位于保护气体供应装置的接口端内侧，所述加料装置的接口端与工作气体供应装置的接口端连通，所述旋风收尘器与激冷室相连，所述收集室位于旋风收尘器的底端，所述固气分离除尘室位于旋风收尘器的顶端，所述固气分离除尘室与尾气处理与排放系统相连。

【技术特征摘要】
1.一种氩-氧等离子体制备纳米氧化铝粉体的装置，其特征在于，包括反应体、与反应体内部相连的真空机组、设在反应体上的石英管、位于石英管外侧的高频等离子体发生器、保护气体供应装置、工作气体供应装置、加料装置、旋风收尘器、与旋风收尘器相连的收集室、与旋风收尘器相连的固气分离除尘室、尾气处理与排放系统，所述反应体包括用于进行等离子体反应的反应室、激冷室，所述反应室与激冷室固定连接，所述石英管与反应室连通，所述保护气体供应装置与石英管的内壁连通，所述工作气体供应装置的接口端位于保护气体供应装置的接口端内侧，所述加料装置的接口端与工作气体供应装置的接口端连通，所述旋风收尘器与激冷室相连，所述收集室位于旋风收尘器的底端，所述固气分离除尘室位于旋风收尘器的顶端，所述固气分离除尘室与尾气处理与排放系统相连。
2.根据权利要求1所述氩-氧等离子体制备纳米氧化铝粉体的装置，其特征在于，所述保护气体供应装置内的保护气体为氧气，所述工作气体供应装置内的气体为氩氧混合气体。
3.根据权利要求1所述氩-氧等离子体制备纳米氧化铝粉体的装置，其特征在于，所述加料装置为感应加热装置。
4.根据权利要求1-3任一项所述氩-氧等离子体制备纳米氧化铝粉体的装置，其特征在于，所述固气分离除尘室包括壳体、若干个设置在壳体内的聚丙烯滤芯，所述聚丙烯滤芯由聚丙烯超细纤维热熔缠结制成。
5.根据权利要求1所述氩-氧等离子体制备纳米氧化铝粉体的装置，其特征在于，所述激冷室采用水冷双层冷拔无缝管制成。
6.根据权利要求1-5任一项所述氩-氧等离子体制备纳米氧化铝粉体的装置，其特征在于，还包括设置在固气分离除尘室顶端的反吹装置，所述反吹装置采用的反吹气为氩气。
7.根据权利要求6所述氩-氧等离子体制备纳米氧化铝粉体的装置，其特征在于，所述反吹装置为气体反吹低压气泡。
8.根据权利要求6所述氩-氧等离子体制备纳米氧化铝粉体的装置，其特征在于，还包括与反吹装置相连的反吹控制系统。
9.采用权利要求1-5任一项所述装置制备纳米氧化铝粉体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将AlCl3装入加料装置中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：古忠涛，蔡勇，廖晓波，刘震昆，陈薄，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51